化工连续工艺装置定量风险评价若干问题研究

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化工连续工艺采用连续的产品加工方式,作为原料的物料及能量持续进入由一系列生产装置组成的固定生产流程后,连续经过反应、换热、分离、流体输送等各类环节,直至生成最后产品。由于具有显著的经济倍增效应,化工连续工艺生产过程在化工生产中所占的比重越来越大。同时,装置的大型化趋势使得装置内易燃、易爆有毒物质剧增,企业内土地资源的日益紧张进一步加剧了装置的密集程度;化工产业集聚发展的潮流造成越来越多的新建化工企业相邻布置于化工园区。相关历史事故表明,化工连续工艺装置风险不仅取决于装置内危险物质物性和数量,还取决于明显的生产过程流变特征,各装置之间复杂的相互影响,以及物料、能量、信息的动态传递过程带来的连锁效应。因此,展开化工连续工艺装置定量风险评价技术研究具有十分重要的科研价值和工程意义。   在目前化工装置定量风险评价研究的基础上,对化工连续工艺装置进行定义和分类。以两类危险源理论和事故致因变化发展观理论为指导,从装置失效这一事故特征点切入分析风险相关信息变化发展而导致事故的途径。在对化工连续工艺装置事故中两类危险源的理论分析基础上,选取我国典型化工城市展开化工连续工艺装置风险信息普查、分析,并结合具体事故案例归纳得出化工连续工艺装置事故中的两类连锁效应:工艺连锁效应和事故连锁效应。最终辨识得出化工连续工艺装置风险除了独立装置事故风险外,装置之间存在的工艺连锁效应和事故连锁效应正逐渐成为决定其风险大小的重要因素。   根据工艺连锁效应事故中源装置是否发生破坏将工艺连锁效应划分为两类,并展开两类工艺连锁效应事故概率研究。对第1类工艺连锁效应引起事故的过程机理进行分析后提出该类事故的概率计算公式。对第2类工艺连锁效应事故中源装置可能导致紧邻下游装置的破坏现象分类,选取不同的破坏概率与之相关联来描述下游装置可能发生的事故现象,并分析了在第2类工艺连锁效应作用下不同类别装置之间可能存在的装置破坏现象类别。   在总结已有研究成果的基础上建立化工连续工艺装置事故连锁效应事故过程模式,确定主要破坏作用包括超压、热辐射和破片3种类型。针对超压作用,建立综合装置结构破坏程度和装置物料泄漏程度的化工连续工艺装置破坏现象分级,并采用线性函数分布设定事故超压数据的概率值。最后,通过对事故数据的最小二乘回归得到了超压作用下装置失效导致物料泄漏的概率公式。对比分析表明,本文提出的公式对事故数据的吻合程度大大高于现有公式。研究热辐射作用下装置破坏失效的过程机理,对现有热辐射作用下化工装置破坏失效研究成果展开分析,选择可用于定量风险评价的概率公式。研究破片作用下装置破坏失效的过程机理,介绍了国外相关研究动态,通过分析认为在目前研究成果尚不能满足破片导致装置失效事故的定量风险评价。   根据两类连锁效应将化工连续工艺装置区域内某一装置的风险分解为两部分:装置自身事故的风险;该装置自身事故导致的连锁事故风险。提出了基于两类连锁效应的化工连续工艺装置风险评价程序及相关技术,主要包括:基于连锁效应的化工连续工艺装置初选技术;化工连续工艺装置连锁事故概率模型;基于GIS的化工连续工艺装置风险合成及表述技术等。   对装置区域风险构成要素展开分析,得出同一化工连续工艺装置区域不同布局方案导致的区域风险差异主要取决于区域装置间的事故连锁效应,提出区域装置连锁事故综合风险指标。建立区域风险评价的主要程序和指标算法,为化工连续工艺装置区域布局方案选择提供风险决策依据,并给出了应用实例。   化工连续工艺装置危险气体泄漏扩散事故中环境参数是影响危险气体浓度分布的重要因素,而现有高斯模型只适用于稳定气象条件。针对该类事故应急救援的需要,开发变气象条件下的改进高斯烟团叠加模型(UWF-SPM),并构建实时气象采集硬件系统获取事故场景下的气象信息,结合GIS技术实现在事故发生地空气动力粗糙度参数(Z0)的确定。最终,应用上述技术开发了应急救援辅助决策软件系统,实现危险气体浓度分布实时模拟,基于气象数据概率分析的事故影响范围预测以及指导人员疏散、应急资源、专家信息和事故预案查询等功能。
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